Дослідження можливостей дистанційної медичної термографії
 
Термографія - це метод функціональної діагностики, основою якого є дистанційна реєстрація власного інфрачервоного випромінювання людського тіла. Внаслідок цього дослідження нешкідливе для пацієнта, оскільки організм людини не піддається ні опроміненню, ні пошкодженню. Можливість виявлення захворювання за допомогою термограм базується на тому, що різні патологічні стани впливають як на розподіл, так і на інтенсивність теплового (інфрачервоного) випромінювання.
Для оптимального вибору параметрів тепловізійного пристрою, який використовується для дистанційного зняття термограм, необхідно враховувати особливості роботи системи пристрій-оператор, зокрема можливість активного втручання оператора в інформаційний процес шляхом зміни характеристик зображення з метою покращення процесу сприйняття термограм. Ефективне використання великої кількості інформації, наявної в теплових полях термограм, що досліджуються, можливе лише шляхом автоматизації обробки зображень.
Сучасний стан застосування теплобачення в медицині
На сьогодні головною метою наукових досліджень і розробок в області дистанційної медичної термографії є набір статистичних даних за ознаками відхилення тепловізійної картини від норми та вироблення на цій основі алгоритмів діагностики та контролю перебігу хвороби. Термографічна дистанційна діагностика найбільш ефективна при врахуванні результатів, отриманих іншими методами, зокрема: рентгеноскопією, лабораторними клінічними дослідженнями, ультразвуковою діагностикою, томографією.
Розвиток методу тепловізійних досліджень йде шляхом вдосконалення апаратури для теплобачення, вивчення механізмів утворення та розповсюдження тепла в пухлинах і здорових тканинах та впливу цих механізмів на формування нормального і патологічного термографічного зображення, а також застосування фармакологічних препаратів, які зумовлюють теплові ефекти. Теплобачення використовується в онкології для виявлення та диференціальної діагностики пухлин молочних залоз, захворювань щитовидної залози, меланобластоми шкіри тощо.
Актуальність проблеми пов’язана з тим, що рак молочної залози став найбільш розповсюдженим онкологічним захворюванням жінок, а тому виникла потреба у створенні приладів, які б дозволили підвищити можливості діагностики на початкових стадіях.
Досить достовірну інформацію тепловізійний метод досліджень дає також при гострих запалювальних процесах (апендицит, панкреатит, гострий холецистит, абсцеси) та деяких судинних захворюваннях (діабетична ангіопатія, ураження вен та артерій). Теплобачення застосовується в травматології, акушерстві та гінекології, а також при визначенні границь опіків та обморожень.
Сучасний підхід до проектування і виробництва тепловізійних приладів базується на модульному принципі, який спирається на схемотехнічні рішення, що дозволяють розглядати прилад як ряд відносно самостійних вузлів та блоків, при цьому особливо важливу роль відіграє модуль цифрової обробки. Наприклад, розроблені на базі тепловізора «Радуга» комп’ютерні тепловізійні комплекси «ТИСА» мають значно розширені можливості. Для медичних досліджень також використовується тепловізійна система ТВ-04 на базі ЕОМ, яка має поле зору 150х150, габарити 100х170х220 мм та масу 2,5 кг.
Аналізуючи найбільш типові для теплобачення оптичні системи, слід зазначити, що наявна тенденція до більш широкого використання змінних елементів, асферичних поверхонь, покращення технології нанесення просвітлюючих покриттів, поліпшення оптичних характеристик матеріалів лінз, а також розробка дзеркальних та дзеркально-лінзових оптичних систем. При проектуванні тепловізорів неможливо розглядати оптичну систему окремо від системи сканування, оскільки обидві ці системи тісно пов’язані, тобто вибір другої значно впливає на роботу першої і навпаки. Скануючі системи розділяються на два типи в залежності від того, як здійснюється сканування - у збіжних чи паралельних променях. Оскільки в медичних тепловізійних приладах мінімальні габарити є однією з визначальних вимог, то сканування слід здійснювати у збіжних променях.
Модуль приймача випромінювання складається, як правило, з власне фотоприймача та пристрою охолодження. Хоча на сьогодні є тенденція до використання болометричних неохолоджуваних матриць, все ж найбільш перспективними з точки зору досягнення максимальних параметрів чутливості, роздільної здатності і т.п. залишаються фотоприймачі на базі вузькощілинних напівпровідників CdHgTe та InSb. Наприклад, у тепловізорі AGA-780 використаний приймач випромінювання на базі CdHgTe, а в тепловізорі «Радуга-МТ» - фотоприймач на базі InSb.
На основі вищенаведеного огляду сучасного стану застосування теплобачення в медицині можна зробити висновок, що у теперішній час найбільш актуальним є поліпшення конструктивних якостей приладів для дистанційної медичної термографії, а також пошук нових методів аналізу та обробки теплових зображень.
Можливості розробленого приладу та аналіз отриманих термограм
На базі Київської міської онколікарні були проведені клінічні випробування тепловізійного пристрою, розробленого в Інституті фізики напівпровідників НАН України (м. Київ) спільно з Фізико-технічним інститутом низьких температур НАН України (м. Харків). Отримані термограми розшифровувалися в єдиному зв’язку з клінічними, лабораторними та анамнестичними даними.
Термографічні дослідження, наприклад, виявилися інформативними при проведенні робіт в реанімації при діагностиці стану післяопераційних швів. Якщо післяопераційний період проходив без ускладень, то на термограмах було видно, що післяопераційні шви холодніші, ніж прилегла до них шкіра, а поверхнева температура в області, де була проведена операція - в межах норми, тобто близько 360С. Якщо ж шов був інфікований, тобто мав місце запалювальний процес, то на термограмах такі ділянки мали температуру значно вищу за норму. При деяких інших ускладеннях також спостерігався аномальний температурний розподіл, при цьому отримані експериментальні дані майже повністю відповідали теоретичним, наведеним у літературі. На рисунку 1 представлено термограму живота хворого, у якого післяопераційний період проходив без ускладнень. Лівій стороні малюнка відповідає низ живота. Більш високі температури показані на термограмі світлими градаціями сірого кольору. На рисунку 2 наведено розподіл температури вздовж післяопераційного шва у напрямку зліва направо. Як видно з малюнків, максимальна температура відповідає ділянці в області пупка, що є фізіологічною нормою. Температурний мінімум спостерігається у місці виведення дренажної трубки.
Конструктивно тепловізор виконаний у вигляді двох окремих блоків:
- відеомодуля, який забезпечує прийом сигналу від досліджуваного об’єкта (людини) та перетворення прийнятого випромінювання у відповідний електричний сигнал;
- пристрою керування та обробки на базі ПК «Notebook».
Оскільки людське тіло максимально випромінює на довжині хвилі 10 мкм, то в даному тепловізорі використано спеціально розроблений на основі вузькощілинних напівпровідників CdHgTe фотоприймач з максимумом спектральної чутливості також на довжині хвилі 10 мкм з виявлюваною здатністю  і часом життя збуджених носіїв заряду  .
Розроблений прилад має такі технічні характеристики: поле зору - 230х230, температурне розділення - 0,2 0С, спектральний діапазон - 8¸14 мкм, відстань до об’єкта - 0,5¸1000 м, зохолоджувальний робочий об’єм кріостата - 120 мл, час роботи без дозаливки азоту - 8 годин, габарити відеомодуля - 200х160х115 мм, вага відеомодуля - 2,5 кг. Програмне забезпечення дозволяє окрім візуалізації термограм та можливості визначення абсолютної температури в будь-якій точці, виконувати ще й побудову термопрофілю в будь-якій позиції із можливістю суміщення до 10 термопрофілів на одному графіку та автоматично визначати максимальну, середню та мінімальну температури всієї термограми або виділеного фрагменту.
Запропонований тепловізор дає можливість аналізувати отримані термограми у різних кольорових палітрах, а також застосовувати різні фільтри з метою покращення якості зображення. Зокрема, при аналізі термограм молочних залоз доцільно використовувати медіанний фільтр, завдяки чому область локалізації пухлини стає на тепловому зображенні чітко визначеною.
При проведенні робіт у реанімації найбільш інформативною виявилася палітра, де на термограмі білим, жовтим та червоним кольорами представлені більш високі температури, тобто гарячіші ділянки, а зеленим, синім, фіолетовим та чорним - нижчі температури, тобто холодніші ділянки.
Даний тепловізійний прилад можна досить ефективно використовувати для контролю перебігу післяопераційного періоду, а також як допоміжний засіб на етапі безконтактних неінвазійних методик дослідження для виявлення злоякісних новоутворень.
Висновки
Проведені дослідження підтвердили положення про те, що дистанційна медична термографія може мати широку область застосування у клінічній практиці, а також, що даний тепловізор має технічні характеристики, що задовольняють вимогам до приладів такого класу, і може бути успішно використаний в реанімації для раннього розпізнавання післяопераційних ускладнень.
Рекомендована література
1. Основы клинической дистанционной термодиагностики./ Под ред. Л.Г.Розенфельда. - К.: Здоровья, 1988.
2. Мирошников М.М., Алипов В.И., Гершанович М.А. и др. Тепловидение и его применение в медицине. - М.: Медицина, 1981.
3. Бугаенко А.Г., Иванов В.П., Морозов А.Е. Особенности работы системы тепловизионный прибор-оператор./ Оптический журнал. - 2001. - Т.68, №1. - с.55-59.
4. Мирошников М.М. Инфракрасная техника в России./ Оптический журнал. - 1992, №12. - с. 18-24.
5. Габуния Р.И., Ленская О.П., Богдасаров Ю.Б. и др. Значение термографии в комплексном обследовании онкологических больных./ Медицинская техника. - 1980, №4. - с.19-21.
6. Девятков Н.Д. Тепловидение - возможности и перспективы./ Медицинская техника. - 1980, №4. - с.10-13.
7. Состояние и стратегия развития маммологической службы в России. Н.И.Рожкова. - Медицинская визуализация. - 2002, №2. - с.79-84.
8. Мельникова В.П., Суханова В.Ф., Брюнелли Е.Б. О некоторых недостатках и прогрессивных путях развития тепловидения./ Оптический журнал. -1994. - №4.
9. Глазунов Ю.А., Колесов С.Н. Тепловизионная система ТВ-04./ Оптический журнал. - 1994. - №4.
10. Белозеров А.Ф., Омелаев А.И., Филипов В.Л. Современные направления применения ИК радиометров и тепловизоров в научных исследованиях и технике./ Оптический журнал. - 1998. - Т.65, №6. - с.16-27.
11. Ллойд Дж. Системы тепловидения./ Пер. с англ. - М.: Мир, 1978.
12. Колобродов В.Г., Шустер Н. Тепловізійні системи (фізичні основи, методи проектування і контролю, застосування): Підручник. - К.; КПІ, 1999.
13. ОСТ 3-4408-91. Тепловизоры медицинские. Общие технические требования. Методы измерения основных параметров.
| 
